[发明专利]具有宽带信号波长的活性光纤放大器

说明书

本发明涉及一种含有掺杂物质，以利于改善其受激发光特性和对不同波长的吸收特性的光纤。

众所周知，其芯掺杂有特定物质，如稀土离子的光纤具有受激发射特点，适于作为激光源和光放大器。

实际上，某一特定波长的发光源可以供给这些光纤，这种光源能够将掺杂物质的源子提到一种受激高能状态，或称泵激带;从这个状态原子在非常短的时间内自然衰变到激光发射状态;在这一状态中它们持续相对较长的时间。

当拥有大量处在发射能级的受激原子的一根光纤上有一种波长与这种激光发射状态相一致的发光信号通过时，发光信号使受激原子跃迁到一个低能级并且这种光的发射具有与该信号相同的波长;而此种类型的光纤可以用于获取一种光信号的放大。

从受激状态开始，原子衰变也能够自发地产生，这种自发衰变产生了随机发射，它构成迭加在与放大信号对应的受激发射的“背景噪声”。

这些现象发生在典型掺杂物的几种波长上，由此得出一个原始的荧光光谱图。为了得到上述光纤的最大信号放大量和高信噪比，通常使用具有对应于含掺杂物光纤的荧光光谱曲线上最大值波长的信号;这个信号一般由一种激光发射器产生。

例如，可以采用一种其芯中掺有铝离子（Al³⁺）和铒离子（Er³⁺）的光纤作为放大光纤，见专利申请EP-A-0345957;而铒荧光光谱在所关心的范围内有一个特别窄的发射尖峰，这使得该光纤可用作在限差内的确定波长的激光发射器的传输信号源，因为超出该限差的信号将不被有效放大，与此同时，处于这一波长上的背景噪声则被显著放大。

然而，具有上述特性的激光发射器的生产是困难的和昂贵的，而这些器件的普通工业产品的发射波长限差太大。

在某些应用中，如海底远程通讯线路可以用工作于正确波长上的传输信号发射器，例如此种发射器可从市面出售的激光器中精选出，以便于只使用发射严格靠近放大器光纤的激光发射尖峰的发射器。当涉及到其它类型的线路，如市政通讯线路，对安装费用是很重视的，从经济的观点看，上述那种步骤是不能接受的。

例如，根据上述专利的被掺入了铝离子以改善其折射率和掺入铒离子以允许激光发射的这种光纤具有一个大约1，531nm的发射尖峰，偏差量±5nm，在这个值上表现出一种很高的强度而能够被用来进行放大;因此对于使用这种光纤来说，使用一种在相同的波长范围内的信号较好;但市面出售的半导体激光器（该激光器能够适合这种应用），通常被制成发射波长在1，520到1，570nm的范围内。

因此，大多数市面出售的激光器都超出了所希望的波长范围，因而不能产生一个用于实现有效放大的信号。

另一方面，众所周知铒掺杂光纤在发射光谱中，波长范围接近上述尖峰处，具有很高的并且大体上不变的强度区域并包括上述市售激光器的信号范围在内，然而在这种光纤中，加在离开发射尖峰的最大值的波长上的信号将被按约化测量（reduced    measure）给以放大，而在光纤中的激光发射状态自然跃迁主要发生在光谱尖峰（1，531nm）的波长的发射上，这样便产生一种“背景噪声”，背景噪声经过光纤长度被进一步放大并被叠加在有用信号上。

可能要正视的问题是在放大器的末端对构成“噪声”的光发射进行滤波，该放大器只接受一个波长的信号，为此在有源光纤的末端提供一种适当的滤波器;但在光纤中，其最大放大范围内存在一种不希望的发射，它将减弱泵激能量，这样使得光纤实质上对于信号放大自身不起作用。

人们知道干涉滤波器，它能设置在放大光纤的各个位置上，但人们也知道，这种类型的滤波器由分立元件构成，而不是用光纤制成，因此要求空气中的光束，这些都使得它们不适合于工业化应用。

于是提出了如何制造一种用于光学放大器中的活性光纤的问题，这种放大器适合于与市面出售的激光器一起用于传输信号的发射而不受到进一步的限制。

本发明的目的在于提供一种掺杂光纤，在相当宽的波长范围内能够提供满意的放大，因此能使用市面出售的激光器，而避免材料自然发射不希望的波长，损害光纤的放大能力，避免构成相对于传输信号过强的背景噪声。

本发明的一个目的是提供一种含有激光发射物的光纤，特别是用于光纤远程通讯线路的光纤，激光发射掺杂物含有铒，适应于在预定波长范围内接收从激光器来的远程通讯信号，其特征在于包括一种沿光纤分布的再掺杂物，所述掺杂物能吸收波长小于1，540nm的光、其吸收明显高于同种掺杂物，对波长在1，540nm至传输信号预置波长范围上限之间变化的光所表现出的吸收性。

在本发明的较佳实施例中，再掺杂物是三价正离子形式的钐。